Prof. Pier Paolo Piccaluga Università di Bologna

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1 Prof. Pier Paolo Piccaluga Università di Bologna

2 DNA: la molecola della vita L'acido desossiribonucleico (DNA) è un acido nucleico, presente nel nucleo delle cellule, che contiene le informazioni genetiche indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento degli organismi viventi Il DNA contiene il patrimonio ereditario di ogni organismo, scritto in un linguaggio particolare chiamato codice genetico L RNA rappresenta il tramite attraverso cui le istruzioni del DNA si traducono in proteine Tutte queste molecole rivestono un importanza fondamentale per lo svolgimento di tutte le attività alla base dei processi vitali

3 Il Gene Il gene è l'unità ereditaria fondamentale degli organismi viventi I geni corrispondono a porzioni di codice genetico localizzate in precise posizioni all interno della sequenza di DNA e contengono tutte le informazioni necessarie per la produzione di una proteina Essi sono contenuti ed organizzati all interno dei cromosomi, presenti in tutte le cellule di un organismo un gene controlla un carattere, contiene l informazione per quel carattere un gene copia o riproduce la propria informazione, prima di ogni divisione cellulare avviene la duplicazione del materiale cromosomico e poiché i geni si trovano all interno del cromosoma si duplicano e copiano l informazione che contengono un gene esprime la propria informazione, l informazione genetica si esprime nei caratteri

4 Mutazioni, geni e malattia Ogni singolo cambiamento nella sequenza del DNA costituisce una mutazione e può causare una conseguente alterazione nell espressione e/o nel funzionamento di una proteina che può essere responsabile del manifestarsi di una malattia È stato calcolato che le alterazioni dei nostri geni sono responsabili di circa 5000 malattie ereditarie. Malattia genetica:una qualsiasi malattia che implica una mutazione genomica, cromosomica o genetica. Se questa è trasmessa alla prole si parla di malattia ereditaria. Altre mutazioni, anziché evidenziarsi in maniera diretta come malattia, possono causare una predisposizione ad esse.

5 Riepilogando: cos è il Genoma? Il genoma è l'insieme di tutte le informazioni genetiche depositate nella sequenza del DNA contenuto nel nucleo delle cellule sotto forma di cromosomi Nel genoma risiedono i geni, cioè le sequenze in cui risiede l'informazione genetica per la sintesi delle proteine, che stabiliscono le caratteristiche peculiari di ogni individuo Si stima che nel genoma umano siano presenti circa geni La sequenza del DNA risulta dalla disposizione lineare di quattro molecole differenti, i nucleotidi o basi A ogni tripletta di nucleotidi corrisponde una determinata informazione per la sintesi delle proteine, i macchinari che eseguono tutte le funzioni fondamentali delle cellule Se una di queste lettere cambia, subisce cioè una mutazione, l'informazione genetica può risultare alterata e le proteine potrebbero non venire più prodotte in modo funzionale causando lo sviluppo di una malattia genetica

6 Analisi del DNA: leggere oggi il DNA completo dell uomo a fini diagnostici e terapeutici L analisi del DNA permette l acquisizione di informazioni utili per individuare l'eventuale implicazione di alterazioni nella sequenza del DNA nello sviluppo di patologie genetiche e per comprendere le basi genetiche dell'evoluzione e del funzionamento dell'organismo umano Il sequenziamento consiste nell'individuare e ordinare tutti i nucleotidi che costituiscono il nostro patrimonio genetico così come sono posizionati nel genoma Sequenziare vuol dire quindi leggere l'ordine in cui sono disposte lungo il DNA le basi, cioè le lettere del codice genetico Il sequenziamento costituisce una tappa fondamentale per la comprensione del ruolo delle varie parti del genoma umano, è un trampolino di partenza per decodificare il nostro patrimonio genetico

7 Test molecolari per identificare le malattie Nel caso delle malattie rare l identificazione di una mutazione porta alla certezza di una malattia Più rapida ed efficace sarà la lettura del genoma, prima si arriverà a comprendere i geni responsabili di alcune patologie, con la possibilità di arrivare a diagnosi rapide e allo sviluppo di una medicina personalizzata, fatta anche di farmaci intelligenti studiati per la malattia e l individuo

8 Malattie retiniche ereditarie Le malattie ereditarie della retina colpiscono circa 1 su 2,000 individui, più di 2 milioni di persone nel mondo In alcuni gruppi di pazienti la malattia può essere stazionaria e lieve (cecità notturna stazionaria congenita, acromatopsia) Altri disordini sono progressivi come la retinite pigmentosa Negli ultimi 20 anni la conoscenza delle basi molecolari delle malattie retiniche ha avuto un importante sviluppo La ricerca ha permesso di migliorare la valutazione diagnostica tramite l uso di nuovi test genetici L introduzione di tecnologie avanzate ha cambiato l approccio allo studio delle malattie genetiche

9 Malattie retiniche ereditarie Le malattie retiniche ereditarie sono causate da mutazioni del DNA ed in particolare di geni che codificano per proteine coinvolte nel processo che determina la trasformazione di impulsi luminosi in segnali nervosi. Questo fa si che le proteine non funzionino regolarmente ed il metabolismo della cellula retinica ne sia alterato. La conseguenza di ciò è che le cellule programmate per durare molti anni muoiono prima.

10 Malattie retiniche ereditarie L eterogeneità dei disordini retinici ereditari si riflette nell elevato numero di geni mutati correlati Più di 150 geni responsabili sono stati identificati come responsabili (http://sph.uth.tmc.edu/retnet/home.htm) Ad oggi non è stato ancora possibile identificare mutazioni geniche responsabili della malattia in un significativo numero di pazienti

11 Mutazioni e disordini retinici ereditari

12 Mutazioni e disordini retinici ereditari RP: Retinitis Pigmentosa LCA: Leber Congenital Amaurosis NB: Night Blindness CORD/COD:Cone rod and cone Dystrophies CVD:Colour Vision Defects MD: Macular Degeneration ERVR/EVR: Erosive and exudative vitreoretinophaties

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14 Tecniche molecolari in patologia oculare Conoscere la patogenesi delle malattie Diagnosi Prognosi Terapia mirata

15 Tecniche molecolari in patologia oculare La diagnosi molecolare dei disordini retinici è basata sull analisi del DNA Diversi meodi possono essere usati per l identificazione del difetto genetico: Il Sanger sequencing è il gold-standard nel determinare il gene mutato, ma a causa dell eterogeneità di questi disordini è costoso e richiede tempi lunghi Alcuni kit di microarrays in commercio permettono di identificare soltanto i geni conosciuti in base al pattern di ereditarietà Gli SNP microarrays sono tools utili per l analisi di linkage Il Next-generation sequencing (sequenziamento di nuova generazione) permette di identificare nuove mutazioni, oltre a quelle già note, in tempi brevi e a costi ridotti

16 Next-generation sequencing: dalla ricerca di base alla diagnostica Ricerca: sequenziamento del genoma, scoperta di nuovi geni implicati nella patogenesi della malattia, identificazione di eventuali target terapeutici Diagnosi ad alta processività: diagnosi molecolare di patologie con elevata eterogeneità genetica con costi e tempi ridotti

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18 La Retinite Pigmentosa Retinite pigmentosa (RP) è la denominazione applicata ad un gruppo di malattie ereditarie della retina, che è il tessuto sensibile alla luce dell'interno dell'occhio preposto alla ricezione dello stimolo luminoso e alla sua trasformazione in stimolo elettrico. La prevalenza è di circa 1:3500 individui (Hartong et al., 2006) Comprende un gruppo geneticamente eterogeneo di malattie ereditarie della retina con un simile fenotipo clinico Da un punto di vista cellulare, la malattia interessa il sistema dei fotorecettori, bastoncelli e coni responsabili della visione Morfologicamente la RP mostra una riduzione dello spessore dello strato nucleare esterno della retina e depositi di pigmento nel fondo oculare

19 Genetica e Patologia molecolare della Retinite pigmentosa Più di 50 geni sono associati alla RP Le forme familiari possono avere una trasmissione autosomica dominante (30-40%), recessiva (50-60%) o X-linked (5-20%) Le funzioni dei diversi geni RP-associati possono essere raggruppati in 5 categorie: Fototrasduzione Metabolismo retinico Sviluppo tissutale Struttura cellulare Splicing

20 Genetica e Patologia molecolare della Retinite pigmentosa I geni che sono stati caratterizzati codificano per proteine importanti nella visione Le alterazioni più frequenti (presenti in circa il10% dei pazienti) riguardano il gene della rodopsina (il pigmento visivo che permette il funzionamento dei bastoncelli dell'occhio) localizzato sul cromosoma 3 Un altro gene che risulta alterato in alcuni casi di RP è quello della periferina, (un'altra proteina importante per la visione) situato sul cromosoma 6 Altre forme sono state associate ad alterazioni presenti nel cromosoma X

21 La sindrome di Usher Questo disordine coinvolge non solo la retina, ma anche l orecchio interno E caratterizzata da RP e compromissione neurosensoriale uditiva Clinicamente si presenta in 3 sottotipi Il sottotipo 1 rappresenta la forma più severa con sordomutismo e RP precoce Trasmissione prevalentemente autosomica recessiva Rappresenta il 10-30% dei casi di RP autosomica recessiva I geni prevalentemente colpiti sono MYO7A e USH2A

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